Устройство для бесконтактного измерения силы тока Советский патент 1986 года по МПК G01R13/40 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения силы тока высоковольтных линий электропередач постоянного и переменного напряжений

Цель изобретения - повышение точности и расширение динамического диапазона измерения.

На чертеже приведена структурная схема устройства для бесконтактного измерения силы тока.

В магнитное поле измеряемого тока помещена магнитооптическая ячейка Фарадея 1, оптически связанная через азимутальный модулятор 2 и поляризатор 3 с источником .4 света и через анализатор 5 с двумя фотоприемниками 6 и 7, которые через два усилителя 8 и 9 фототока с управляющими входами, подключенными к выходам двух дифференциальных усилителей 10 и 11, присоединены к входам блока 12 вычитания и блока 13 суммирования. Выход блока 13 суммирования через селективный усилитель 14 и синхроиньш детектор 15 подключен к. первому входу первого дифференциального усилителя 10 и входу инвертора 16, выход которого соединен с первым входом второго дифференциального усилителя 11. Вторые входы дифференциальных усилителей 10 и 11 подключены к выходу первого усилителя 17 сигнала ошибки, первый вход которого соединен с выходом выпрямителя 18, а второй - с выходом блока 13 суммирования. Выход блока 12 вычитания через заграждающий фильтр 19 присоединен к первому вх(2ду второго усилителя 20 сигнала ошибки, выход стробоскопическо- fo преобразователя 21 - к второму входу второго усилителя 20 сигнала ошибки, выход которого подключен к регистрирующему прибору 22 и первому входу компаратора 23. Второй вход последнего соединен с выходом генератора 24 /Ьклообразногй напряжения, а выход - с синхронизирующим входом стробоскопического преобразователя 21. Выход генератора 25 синусоидального тока подключен к обмотке азимутального модулятора 2, опорному входу синхронного детектора 15, входу выпрямителя 18, входу стробоскопического преобразователя 21 и входу генератора 24 пилообразного нап1у1жения.

Устройство работает следующим ; образом.

0

5

Источник 4 света генерирует световой поток, после поляризатора 3 и азимутального модулятора 2 ази- , мут поляризации светового потока получает модуляцию по синусоидаль- . ному закону с частотой, определяемой генератором 25 синусоидального тока (амплитуда модуляции не превы- . тает единиц градусов). Далее световой поток проходит магнитооптическую ячейку Фарадея 1, где его азимут изменяется на угол, пропорциональный величине измеряемого тока, и анализатором 5 разделяется на две

5 .взаимно ортогональные составляющие, которые, с помощью фотоприемников 6 и 7 преобразуются в электрические сигналы. После усилителей 8 и 9 фототока блоками суммирования 13 и вычитания 12 .формируются суммарный и разностный сигналы. Переменная составляющая суммарного сигнала вы- деляетсяг селективным усилителем -14 и детектируется синхронным детектором 15. Выходное напряжение синхронного детектора 15 через инвертор 16 и дифференциальные усилители 11 и 12 управляет коэффициентами перег: усилителей 8 и 9 фототока, причем при увеличении коэффициента передачи одного из усилителей фототока коэффициент передачи другого уменьшается и наоборот, что обеспечивает компенсацию неодинаковой чувствительности фотоприемников 6 и 7.

Кроме того, первый, усилитель 17 сигнала ошибки сравнивает напряжение на выходе выпрямителя 18 с постоянной составляющей выходного напряжения блока 13 суммирования и управляет через дифференциальные усилители 11 и 12 усилителями 8 и 9 фототока таким образом, чтобы их коэффициенты передачи были пропорцио- нальны выходному напряжению выпрямителя 18. В результате этого выходное напряжение блока 12 вычитания оказывается пропорциональным удвоенному синусу угла поворота плоскости поляризации светового потока в ячейке Фарадея 1 и выходному напря- жению выпрямителя 18, которое равно максимальному значению напряжения генератора 25 синусоидального .тока. ..

5 Выходное напряжение блока 12 вычитания через заграждающий фильтр, настроенный на частоту азимутальной модуляции, подается на первьй вход

0

5

0

5

0

3

второго усилителя 20 сигнала ошибки, где сравнивается с выходным напряжением стробоскопического преобразователя 2 К Это напряжение равно мгновенному значению синусе- идального напряжения гене| атора 25 синусоидального тока в момент действия переднего фронта строб-импульса, вырабатьтаемого компаратором 23.

Таким образом, выходное напряже- ние стробоскопического преобразователя 21 оказывается пропорциональным амплитуде синусоидального напряжения генератора 25 синусоидаль- ного тока и синусу -фазового сдвига этого напряжения относительно переднего фронта строб-импульса. Так как передний фронт строб-импульса формируется: компаратором 23 в-момент равенства напряжения на его первом входе, подключенном к выходу второго усилителя 20 сигнала ошибки, и пило- .образно го напряжения на выходе генератора 24 пилообразного напряжения, то напряжение на первом входе ком- паратора 23 линейно связано с этим фазовым сдвигом. Следовательно, при равенстве напряжений на входах второго усилителя 20 сигнала ошибки его выходное напряжение, подаваемое на регистрирующий прибор 22, пропорционально углу поворота плоскости поляризации светового потока в магнитроптической ячейке Фарадея 1 и измеряемому току.

Использование предлагаемого устройства для бесконтактного измерения силы тока позволяет повысить точность измерения и расширить динамический диапазон за счет уменьшения погрешности, обусловленной нелинейной зависимостью выходного напряжения блока вычитания и измеряемого тока.

Формула изобретения

Устройство для бесконтактного измерения силы тока, содержащее магнитооптическую ячейку Фарадея, опти

s

tO 15 20 . 5 о

5

П . . 4 чески связанную через азимутальный модулятор и поляризатор с источником света и через анализатсэр - с двумя фотоприемниками, регистрирующий прибор, р,ва усилителя фототока, сигнальные входы которых подключены соот-, ветственно к выходам фотоприемников, управляющие входы - к выходам двух дифференциальных усилителей, а выходы - к входам блока вычитания и блока суммирования, выход блока- вычитания соединен с заграждающим фильтром, а выход блока суммирования через селективный усилитель соединен с синхронным детектором, опорный вход которого подключен к выходу генератора синусоидального тока и обмотке азимутального модулятора, о т л и -. чающееся тем , что. с целью повьппения точности и расширения динамического диапазона измерений, устройство снабжено инвертором, выпрямителем, генератором пилообразного напряжения, компаратором, стробоскопическим преобразователем и двумя усилителями сигнала ошибки, при этом вьгход синхронного детектора подклю-- чен к первому входу первого дифференциального усилителя непосредственно, а к первому входу второго дифференциального -усилителя через инвертор, вторые входы дифференциальных усилителей через первый усилит ь сигнала ошибки, второй вход которого присоединен, к выходу блока суммирования, и выпрямитель подключены к выходу генератора синусоидального тока и входам генератора пилообразного напряжения и стробоскопического преобразователя, выход заграждак)щего фильтра через вто.рой усилитель сигнала ошибки, второй вход которого присоединен к выходу стробоскопического преобразователя, подключен к регистрирующему прибору и первому входу компаратора, второй вход компаратора, присоединен к выходу генератора пилообразного напряжения, а выход - к синхронизирующему входу стробоскопического преобразователя.

Изобретение может быть использовано для измерения силы тока высоковольтных линий электропередач постоянного и переменного напряже-. ния. Цель изобретения - повьшение Хь-& точности и расширение динамического диапазона измерения. Устройство содержит магнитооптическую ячейку Фа- радея 1, азимутальный модулятор 2, поляризатор 3, анализатор 5 с фотоприемниками 6 и 7, усилители. 8 и 9 фототока, дифференциальные усилители 10 и 11, блок 12 вычитания, блок 13 суммирования, селективный усилитель 14, синхронный, детектор 15, заграждающий фильтр 19, регистрирующий прибор 22 и генератор 25 синусоидального тока. Введение в устройство инвертора 16, усилителей 17 и 20 сигнала ошибки, выпрямителя 18, стробоскопического преобразователя 21, компаратора 23, генератора 24 пилообразного напряжения и образование новых связей между элементами устройства позволяют уменьшить погрешности, обусловленные нелинейной зависимостью выходного напряжения блока вычитания и измеряемого тока. 1 ил. с S (/ N9 4ib Од